Ембріональні клітини, що формують промені плавників і пальці на лапах, підпорядковуються одним і тим же генам і ведуть себе в ході індивідуального розвитку схожим чином.
Відомо, що наземні хребетні - амфібії, рептилії, птахи і звірі - сталися від рибоподібних предків, які жили у воді, але вже робили перші спроби вийти на сушу. Щоб пересуватися сушею, їм потрібно було особливим чином перетворити плавники, перетворивши їх на кінцівки. Але як це сталося?
З одного боку, мало хто сумнівається, що попередником звіриною, а також рептильної, амфібійної і пташиної лапи був плавник, і схожість видно, що називається неозброєним оком - досить подивитися на древніх лопастеперих риб, які якраз і почали освоювати сушу.
На нижній стороні тіла у них, крім парних грудних і непарного анального плавника, є ще пара черевних, яких немає у більшості сучасних риб; промені плавників сидять на виступаючій з тулуба кістково-м'язовій лопаті, яку можна порівняти з лапою, а промені на ній - з пальцями. (Нагадаємо, що до наших днів дійшли кілька видів лопастеперих - це латімерії і двоякодишні риби.) Але, з іншого боку, досі біологи вважали, що якраз пальці звірів (і взагалі наземних хребетних) і промені плавників один з одним історично ніяк не пов'язані, тому що одні в ході індивідуального розвитку утворюються на місці хряща, а інші - зі сполучної тканини.
Однак експерименти співробітників лабораторії Ніла Шубіна (Neil Shubin) в Медичному центрі Чиказького університету вказують на те, що у пальців на лапах і у плавникових променів загального набагато більше, ніж вважали раніше. Намагаючись зрозуміти, як відбувається формування плавників, дослідники методами генетичної інженерії послідовно відключали у Danio rerio (звичайної «риб'ячої» жертви в молекулярно-клітинних дослідах) різні гени, що відповідають за формування кінцівок, а потім схрещували отриманих мутантів один з одним, щоб отримати ембріони, у яких не працювало б відразу кілька генів. Одночасно вдалося вдосконалити техніку, яка дозволяла стежити за конкретними клітинами в ході ембріонального розвитку - де вони з'являються, куди потім повзуть і т. д.
Авторів роботи цікавило, як будуть вести себе клітини зародка риби при відключенні так званих гомеозисних, або Hox-генів. Вони в буквальному сенсі визначають план майбутнього тіла: де бути рукам, де - ногам, де буде голова, і т. д. (Детально про Hox-гени можна прочитати в нашому матеріалі.)
Відомо, що у мишей при відключенні HoxD і HoxA на лапах не розвивалися пальці і коми. І, як говориться в статті в Nature, у риб відбувалося приблизно те ж саме: якщо HoxD і HoxA не працювали, промені плавників виростали дуже короткими або взагалі не формувалися.
У той же час комп'ютерна томографія показала, що, хоча число плавникових променів у мутантів зменшувалося, одночасно у них з'являлося багато маленьких кісточок. Тобто зародкові клітини залишалися неорганізованими і виявлялися не здатні дістатися до потрібного місця, щоб разом з усіма зробити промінь - замість того вони осідали в інших місцях, намагаючись створити тут власну кістку, але у них нічого не виходило.
Нові результати означають, що звірині пальці і промені риб'ячих плавників схожі в тому, як вони з'являються в ході ембріонального розвитку: клітини, з яких вони формуються, поводяться в обох випадках подібним чином і підпорядковуються однаковим генам. І це допомагає нам ще точніше представити один з найважливіших етапів еволюції: вихід хребетних на сушу.